高压电力设备

我国能源安全的新战略为我国能源转型发展、构建“清洁低碳、安全高效”的国家能源体系提出了新要求。以电网为核心的能源互联网和泛在电力物联网正在加速发展。但是，由于高电压等级电网中（尤其是特/超高压电力设备）通常伴随强电磁场，而强电磁场对传统无线传感器的可靠性造成了严重影响，导致高电压等级电网缺乏可靠的传感器。这一瓶颈制约了电力物联网的发展。针对以上问题，我们研究了抗电磁干扰微纳传感器及无线通信技术。基于新材料和器件的温湿度、电磁场、压力、声学等多参量微型传感芯片和封装技术，实现能够适应高电压等级电网复杂工况的微型传感器；研究了多层超表面微结构，实现抗电磁干扰的功能表面并与传感器集成；研究基于抗电磁干扰的功能表面的无线传感通信技术，解决微型传感器在强电磁干扰环境下的通信问题；研究了基于人工智能的故障诊断算法，解决了传感器的智能化问题。

介绍了高压电力设备局放状态检测技术的研究应用现状、关键技术、新型局放状态检测策略。

由于高压电力设备内部的场强很高，当设备内部存在绝缘缺陷时，就会在运行中发生局部放电通过对局部放电信号的检测和分析，可以判断电力设备是否存在绝缘隐患。 GS、变压器、开关柜等电力设备内部发生局部放电时会产生异常的电磁波、超声波、脉冲电流等信号，通过对这些异常信号的检测，可以确定设备内部绝缘缺陷的位置及性质。根据检测原理和手段的不同，现场常用的局部放电检测方法有特高频法、超声波法及暂态地电压法等。 上母玩侧电于研利的δ10多功形无线同都部改电险测义用于变电站电打纹奋运仃状下的绝缺焰检侧。久险测仪基于特高频法、超声波法及暂态地电压法，由智能特高频传感器、智能超声波传感器、智能暂态地电压传感器和智能手机组成，综合利用智能传感技术和无线组网技术，结合专用检测ApP，用于对变电站各种电力设备内部存在的局部放电现象进行快速检测，可大幅提高变电站现场带电检测的效率。

断路器是电力系统中唯一具有开断负荷电源功能的高压电力设备，仅浙江省运行的高压断路器数量就超过70000台，其性能及健康状况将直接影响到电力系统的安全稳定运行。成果推广范围广，易于复制，适用于各电压等级、各类型高压断路器试验，能够在电力行业全面推广应用。其中，试验接地安全保障技术、高压区域安全防护技术可在整个电气试验领域推广。成果已在国网嘉兴供电公司全面推广应用，经济效益显著，其缩短停电时间、保障用电可靠性创造的社会效益、安全效益更是不可估量。成果已列入国网浙江省电力有限公司科技成果推广应用目录(2017年版），并已在首届浙江省电力职工技术创新成果转化会上实现转化，进入工厂化生产阶段。

《南方电网35kV~ 500kV变电站装备技术导则及电力设备检修规程》对高压断路器、GIS 及变压器等高压电力设备也提出了规范化检修要求，要求瓷柱式断路器及GIS应在环境满足检修要求条件下开展灭弧室大修检查。 然而，由于技术条件及环境条件限制，断路器及GIS解体大修工作大多只能在工厂内部开展，无法在现场开展，导致工作延期、超期情况时有发生:且即使在现场开展检修，后期水分超标、局部放电试验不合格等二次处理也为检修人员造成了极大负担。设备的可靠性也无法得到保证。因此，无论从经济的角度还是从提高检修设备可靠性的角度来看，推广一种可拆装的无尘检修车间很有必要。 2015年开展110kV黑山站I段GIS解体大修工程，返厂检修方式，耗时17天，耗资98万，电网运行风险大，一旦II段母线电源点发生故障，将发生大面积停电事件，影响用户衣食住行，其造成的直接经济损失及社会影响将无法预估。 多功能便携式无尘检修车间彻底解决了上述问题，针对今后设备规范化检修的要求也具有重大推广价值。

本项目属高电压与绝缘技术领域。六氟化硫（SF6）是高压电力设备中应用最为广泛的气体绝缘和灭弧介质，也是目前人类已知最强的温室气体之一。按照《京都议定书》等国际公约要求，各国应履行减排义务，逐步限制甚至禁止使用SF6。开展SF6替代技术研究、开发新型环保气体绝缘电力设备对于支撑我国达成温室气体减排目标，实现电力行业“绿色、低碳”发展意义重大。 当前研究工作尚未打通“气体评价-设备开发-工程应用”全技术链条。项目组历时七年研究，通过产学研用协同攻关，解决了气体性能评价、混合组配原则、制备与检测方法、环保电力设备开发等关键理论与技术难题，取得了以下创新成果：（1）揭示了氟化腈和氟化酮等环保气体微观物性参数与宏观绝缘性能的关联机制，发现了电场不均匀系数对击穿电压的强敏感、强非线性影响规律，为复杂结构大分子气体研制及其多元混合物绝缘强度评价提供了理论基础；（2）首创了饱和蒸气压与临界击穿场强约束下的混合气体组配原则，提出了环保混合气体在电力设备中的配比和压力优选方法，解决了不同使用条件下、不同品类电力设备中气体组配与绝缘性能最优化设计的技术难题；（3）提出了含氟不饱和化合物作为新型环保气体的合成工艺，突破了氟化腈、氟化酮等典型环保气体制备的关键技术，工艺和原材料整体国产化，建立了系统性的应用测试和安全性评价检测方法，解决了气体使用中的纯度、水分等关键指标的检测问题及关键材料相容性测试的难题。（4）建立了电磁-热-流-强度等多物理场耦合仿真模型，形成新型环保气体绝缘电力设备研发技术体系，自主研发了6大类、电压等级覆盖10~220kV的新型环保气体绝缘电力设备，并在国内首次实现工程应用，取得“从0到1”的重大突破。 项目开发的系列化环保气体绝缘电力设备，已在浙江、陕西、云南等地实现规模化生产，填补了我国在该领域的长期空白。项目首次面向全球发布新型环保气体物性参数数据库，并写入CIGRE A3.41工作组报告，极大地提升我国在本领域的国际影响力。提出的电力行业SF6替代技术方案已被生态环境部采纳，为我国制定相关控温减排政策提供坚强技术保障。出版中英文专著3本；发表论文37篇（SCI检索19篇、EI检索13篇）；授权发明专利11项（含欧洲专利1项、浙江省专利金奖1项）；参编团标1项；培养国家/省部级高层次人才3名。经邱爱慈院士、颜德岳院士领衔的同行专家鉴定认为：项目实现了新型环保混合绝缘气体关键技术突破，创新性强、工程示范性好，整体技术达到国际领先水平。

随着新时期电网建设迅猛发展，电网结构日趋完善稳固，投入运行的高压电力设备越来越多，其中隔离开关是电力系统中用量最多、最广泛的高压开关设备。由于户外隔离开关完全暴露在大气环境中工作，极易产生如下常见问题；氧化造成发热，隔离开关长期暴露在大气中，触头、触指表面易产生脏污发生氧化。在分、合闸过程中，头、触指容易被电弧烧伤或受力变形，触指表面镀银层易脱落，这些现象均可引起接触电阻增大造成接触部位发热，严重时导致触指烧损。 传动部位卡满，GW6型（双臂垂直伸展式）隔离开关作为母线侧最常用设备，在单间隔停电时，由于母线带电，此类设备无法开展检修维护；但其自身“剪刀式”的结构特点，极易在剪刀交叉位置发生卡涩，并伴有传动连杆变形、电动操作机构损坏等故障，造成现场修复困难，停电面积扩大等诸多问题。液压线夹无排水孔，变电站内带有角度的液压设备线夹，在积存雨水、结冰后体积膨胀，极易造成线夹断裂引发断线事故，给设备和电网造成安全隐患。因此，新安装的倾斜角度大于30°的接线板，均需进行打孔。

随着特高压技术的快速发展，高压电力设备绝缘水平及诊断技术直接影响电力系统运行的安全性和稳定性。为加强国内外高压绝缘技术的交流，推动绝缘材料与故障诊断、检测技术的发展，促进高压电力设备绝缘行业科技创新，中国电力企业联合会科技开发服务中心、德国Energy Support GmbH定于2019年5月17-18日在西安召开“2019EPTC-TLM高压电力设备绝缘及全寿命周期管理国际交流论坛”。

中国电力企业联合会科技开发服务中心、全国输配电技术协作网(简称EPTC)联合德国Energy Support GmbH定于2018年4月12-13日在江苏省苏州市召开2018 EPTC—TLM 高压电力设备绝缘及全寿命周期管理技术国际论坛。本届论坛将围绕高压、特高压电力设备绝缘材料、故障诊断及智能化检测技术等专业议题展开国内外交流与讨论。

本项目属于电气工程高电压工程与绝缘技术领域。电力是国民经济的基础，关系到人民群众的切身利益和社会经济发展，因此，保障电力设备正常工作，避免设备故障导致供电中断或大面积停电显得尤为重要。统计结果表明，高压电力设备70%以上的故障为绝缘故障，因此，及时、高效的发现并排除这类问题显得尤为重要。局部放电检测是发现设备绝缘问题的有效手段，在电力行业得到了广泛应用。 目前，国内外可用的局部放电带电检测方法主要包括超声法、特高频法、高频电流法、暂态地电压法等，基于以上方法，国内外高校及科研机构做了大量的研究工作。随着局放检测技术的推广应用，该领域技术难题主要表现为：1）局部放电检测装置检测方法单一，现场检测往往需要携带多种检测装置，且不同检测装置数据不能共享，不具备联合诊断的能力。2）对于较为复杂的现场环境，信号提取能力差，抗干扰能力不足，不能准确提取放电信号。3）局部放电装置采样率低，采集到的信号特征量少，不能完全复现局部放电原始信号特征。4）特高频、高频传感器对于小信号放电难以准确检测，初期缺陷无法及时发现。5）局部放电源精确定位需另外配置示波器，且要人工定位，受人员素质影响大，进口装置价格昂贵，限制推广应用。